绿色化学与技术在分析化学中的应用论文

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绿色化学与技术在化学实验中的应用

陆型暖应化1501 学号:2120152794

摘要本文论述了绿色化学，以及绿色化学与技术在分析化学中的应用。其内容主要包括：绿色化学的起源、发展、核心及其重要性。在化学实验中，反应原料的绿化，使用绿色催化剂和绿色溶剂，以及废料的处理。

关键词绿色化学反应原料的绿化绿色催化剂绿色溶剂废料的处理

前言

传统的化学工业向大气、水和土壤等排放了大量的有害物质，以1993年为例，美国仅以365种有毒物质排放量算，化学工业的排放量就达到了30亿磅，而目前全世界每年产生的有害废物达3亿吨至4亿吨，给环境带来了十分严重的污染，并威胁着人类的生存，严峻的现实使各国必须寻找一条不破坏环境，不危害人类生存的可持续发展道路。绿色化学的口号生产于化学工业最发达的美国。

绿色化学也的到了国家政府的大力支持。1990年，美国通过了一个“防止污染行动”的口号，并将防止污染作为美国的国策；1991年，“绿色化学”由美国化学会（ACS）提出并成为美国环保署（EPA）的中心口号；1996年，美国设立了“总统绿色化学挑战奖”。此外，日本也制定了新阳光计划，确定了环境无害制造技术、减少环境污染技术以及二氧化碳国定和利用技术等绿色化学内容[1]。 绿色化学是从源头上消除污染，是一门彻底阻止污染的化学，它是环境战略的一次创新性转移，是人们对环境问题有被动反应转为主动行动的一种认识飞跃，是一场新的科技革命。面对这场化学学术界悄然进行的绿色革命，广大化学教育者不能无动于衷，尤其是将来作为社会科技主力的大学生更应该培养绿色化学的意识与技术。

一、 绿色化学的核心---原子经济反应

“原子经济性”是由Stanford University 的Barry .M.Trost教授在1991年提出的，因此他获得了98年度的美国学术奖----“总统绿色挑战奖”。原子经济性有两个方面，即选择性和原子经济性，原子经济性即提高反应物原料的利用率，减少不可再生能源的使用，减少废物的产量。选择性即是增加反应中的选择性，从而减少副反应产物的产生。

近年来，开发新的原子经济反应已成为化学研究的热点之一，并取得了一定的成果。如：西班牙科学家研制出一种新型的负载锡的沸石催化剂，它能够有效地使重油裂解成小分子燃油和化工原料；BDC公司开发了一种合成布洛芬的新工艺，其采用三步催化反应，原子的有效利用率达百分之八十，如果考虑副产品的回收\则回收达到百分之九九。而今在研发钛硅分子筛上催化氧化丙烯制环氧丙烷的原子经济新方法，此外，针对钛硅分子筛催化体系，开发钛硅分子筛合成成本技术等。且在已有的原子经济反应如烯烃氧甲酰化反应中，虽然反应时理想的，但原用的油溶性均铑络合催化剂与产品分离比较复杂，或原用的钴催化剂运转过程中仍有废催化剂产生，故对反应的催化剂仍有改进的余地。



二、 反应原料的绿化

在化学实验中常常使用一些有毒有害的原料，如氰化氢、丙烯氰、甲醛、环氧乙烷和光气等等，严重地污染了环境，并且危害着人类的健康和安全。所以研发这些剧毒眼原料的替代品是世界研究热点之一。而反应原料的绿化主要包括两方面，一方面是采用无毒无害，一方面


是利用可再生能源为原料。目前，在原料绿化的开发研究上已经取得了一些进展。Komiya 研究发现了再固态熔融的状态下，采用双酞A和碳酸二甲脂聚合生产聚碳酸脂的新技术，她取代了常规的光气合成路线。Monscmto公司用无毒无害的二乙醇胺为原料，经过催化脱氢，开发了安全生产氨基二乙酸钠的工艺，改变了国企的以氨、甲醛和氢氰酸为原料的二步合成法。他们因此获得了1996年的美国总统绿色化学挑战奖的变更合成路线奖。Collins 教授发展的TAML活化剂（一系列以四氨基大环为配体的三价铁络合物）可在低温（50℃）下活化过氧化氢，从而在木浆和造纸工业中代替氯气或二氧化氯。而利用可再生物资源代替当前广泛利用的石油原料是化学课持续发展的方向之一。植物主要有淀粉和纤维素组成，二者都可降解为葡萄糖，美国Biofine公司发展了将废弃纤维素转化为乙酰丙酸的新技术，产率高达70%至90%，原料可以是造纸废料、城市固体垃圾、废木料和农业残留物等。Taxas university 的教授Holzapple研发了用石灰处理和细菌发酵等简单技术，可以把废生物质转化为动物饲料、工业燃料和试剂。中国科技大学关于木质素结构和拟木质纤维为原料的绿色合成研究已取得阶段性成果。

三、 绿色催化剂、溶剂的应用

目前烃类的烷基化反应一般都使用氧氟酸、硫酸、三氧化钴等液体酸催化剂，它们都有共同的缺点，对设备的腐蚀严重，危害人的身体健康，产生废渣，污染环境。现在已有一些环境友好的代用品 ,比较成功的有Evirocats 4 系列 ,其中Evirocat EPZG被用于代替三氯化铝合成对氯二苯甲酮，与传统方法相比 ,催化剂用量减少了 90 % ,废弃氯化氢排放量减少了 3/ 4。Breslow 于 1980 年发现 ,环戊二烯与甲基乙烯酮的环加成反应在水中比以异辛烷为溶剂快 700 倍。在水相有机金属类反应方面成功地发明了铟试剂。甚至常规必须无水的 Lewis 酸催化反应也可在水中进行。此外 ,由于生命体内的化学反应都是在水中进行的 ,水相合成的研究不仅对环境有益 ,而且对揭示生命的奥秘也有促进作用。

反应介质、分离和配方中所用的溶剂当前广泛使用的是挥发性的有机化合物（VOC），其在使用过程中会引起地面臭氧的形成，有的会引起水源污染，故采用无毒无害的溶剂代替发性VOC溶剂已成为绿色化学的重要研究方向之一。并且在其取得了一定的成果。RobinD.Rogers研究出了离子型液体IL，这种液体能够使任何来源的纤维素（纸浆、棉花、滤纸等）都能够很容易的溶解，不产生衍生反应。现在比较热门的是用超临界流体（SCF）二氧化碳作溶剂，SCF二氧化碳是指温度和压力均在其临界点以上的二氧化碳流体，它通常具有液体的密度，因而有常规态溶剂的溶解度，在相同条件下，它具有气体的一些特性，如有很高的传质速度，具有很大的压缩性。SCF二氧化碳最大的优点是无毒、不可燃和价廉等。



四、 废料的“闭路循环”回收

废料的回收也是绿色化学重点研究项目。我们对于塑料，纤维素的废料的回收处理，往往是复杂的和不经济的。由于废料的种类比较多，门类复杂，处理起来很麻烦，按照传统方法燃烧或填埋会给坏境带来严重的危害，所以对于废料的“闭路循环”回收，对于我们来说还是有很大的挑战。Allied Signal和DSN公司采用化学法，将地毯放入反应器，反应后聚丙烯和乳胶衬里，填充物硫酸钙留在反应器中，取出送水泥厂作为热原料烧掉。

参考文献



［1］ 汪朝阳，李景宁，大学化学教学中绿色化学教育的渗透［J］《大学化学》2003，16

（2）：19-24

［2］ 郝惠娣，孙吉兴，绿色化学与化工［J］高等理科教育 2004（21） ［3］ 王恩举，漫谈绿色化学［J］《大学化学》 2002，17（4）：24-29

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